银纳米微粒油墨组合物制造技术

一种油墨组合物，其包含银纳米微粒、烃溶剂和醇共溶剂。油墨组合物适用于在各种不同的底材表面上印刷均一的、平滑的和狭窄的导电线。

【技术实现步骤摘要】

在此披露的，在各种实施方式中的，是稳定的、高性能的纳米微粒组合物，其适用于印刷，例如喷墨印刷，还披露了制造和/或使用该组合物的方法和装置。
技术介绍
银纳米微粒在薄膜晶体管(TFTs)中作为传导元素使用已被广泛检验。然而，以前 的含有银纳米微粒的油墨组合物通常喷出性差，即，使用常规的喷油印刷技术不能印刷它 们。通常，油墨会堵塞喷口，溢出或干在印刷头上，和/或喷不出油墨小滴。印刷的特征具 有低分辨率和/或受"咖啡环"效应影响，其中在给定的小滴中的微粒沿着环的外周终止， 上述环具有一个小滴沉积在底材上(例如，不均一地沉积)的中心。理想情况下，沉积的喷 墨印刷线应是平滑的，甚至，是直的。 可喷射的油墨组合物将是期望得到的，其能按需量滴沉积和精细特征印刷，如电 子装置的电极和接头。
技术实现思路
本申请在各种示范性的实施方式中披露了多种油墨组合物，其适用于印刷，包括 喷墨印刷或喷射。这些油墨组合物能形成均一的、平滑的喷墨印刷线。而且所述的线的宽 度非常狭窄。在一些实施方式中披露的油墨组合物包含银纳米微粒、烃溶剂和醇共溶剂。 在另一些实施方式中披露的油墨组合物包含油酸、稳定的银纳米微粒、十二烷和 松油醇，其中银纳米微粒的量按重量计为油墨组合物的约35%到约60%，且十二烷与松油醇的重量比在约3:i到约i:i之间。 而在另一些实施方式中披露的油墨组合物包含有机胺稳定的银纳米微粒、异石 蜡族溶剂和松油醇，其中银纳米微粒的量按重量计为油墨的约35%到约60%，且异石蜡族溶剂与松油醇的重量比在约3:i到i:i之间。 本专利技术还披露了一种在底材上印刷一种线的方法，包括提供含银纳米微粒、烃溶剂和醇共溶剂的油墨组合物，以及沉积油墨组合物的小滴在底材上以印刷一种线。 图ia-ic显示了咖啡环效应的典型参数(heAO 。 图2显示含本专利技术披露的纳米微粒的薄膜晶体管的第一种实施方式。 图3显示含本专利技术披露的纳米微粒的薄膜晶体管的第二种实施方式。 图4显示含本专利技术披露的纳米微粒的薄膜晶体管的第三种实施方式。 图5显示含本专利技术披露的纳米微粒的薄膜晶体管的第四种实施方式。 图6a-6b是分别使用现有技术和本专利技术披露的油墨组合物印刷的线的照片。 图7为显示了在亲水和疏水表面，本专利技术披露的示范的油墨组合物的线宽度与滴间距的比较的图解。"银纳米微粒"使用的术语"纳米"表示微粒大小少于约1000纳米。在各实施方式中，银纳米微粒的微粒大小为约0. 5纳米到约1000纳米，为约1纳米到约500纳米，为约1 纳米到约100纳米，和特别地是为约1纳米到约20纳米。在此定义的微粒大小是指银纳米 微粒的平均直径，其通过TEM(透射电镜)检测。 与量相连的修饰词"约"包括指定值，且具有上下文指定的意义(例如，它至少包 括特定量的测量有关的误差度)。当用于范围的上下文中时，修饰词"约"应可以理解为公 开范围，其通过两个端点的绝对值来定义。例如，范围"约2到约4"也公开了范围"约2到 4"。 本专利技术的油墨组合物包含(1)银纳米微粒；(2)烃溶剂和(3)醇共溶剂。 银纳米微粒的平均直径为约100纳米或者更小，优选50纳米或更小。在一些特定 的实施方式中，纳米微粒的平均直径为约1纳米到约15纳米，包括约2纳米到约10纳米。 此外，微粒大小分布宽度指的是最大纳米微粒的直径与最小纳米微粒的直径之间的差。在 一些实施方式中，银纳米微粒的微粒大小分布可以为约10纳米到约50纳米，或约10纳米 到约25纳米。在另一些实施方式中，银纳米微粒的微粒大小较小，为约1纳米到约50纳米， 且大小分布宽度窄，为约10纳米到约30纳米。不受理论限制，认为微粒大小较小且大小分 布宽度窄使得纳米微粒置于溶剂中时更易于分散。 在实施方式中，银纳米微粒由元素银或银复合物组成。除银之外，银复合物可包含 (i) 一种或多种其他金属和(ii) 一种或多种非金属的其中之一或两者。合适的其他金属 包括，例如，Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、 In和Ni，特别是过渡金属，例如，Au、 Pt、 Pd、 Cu、 Cr、 Ni及其混合物。示范的金属复合物为Au-Ag、 Ag-Cu、 Au-Ag-Cu、和Au-Ag-Pd。金属复合物 中合适的非金属包括，例如，Si、C和Ge。银复合物的各种不同组分可以以按重量计为(例 如)约0.01%到约99.9%的量存在，特别地按重量计为约10%到约90%。在实施方式中， 银复合物是金属合金，其由银和l种、2种或多种其他的金属组成，银的量按重量计为纳米 微粒的，例如，至少约20% ，特别地是按重量计高于纳米微粒的约50% 。 银纳米微粒可以通过羧酸或有机胺稳定它们的表面。羧酸一般具有4到约20个 碳原子。有机胺可以是伯、仲或叔胺。有机胺一般具有3到约20个碳原子。在特定的实施 方式中，银纳米微粒使用油酸或十六烷胺稳定。 在实施方式中，稳定的银纳米微粒由元素银组成。稳定的银纳米微粒含银的量为 按重量计为约70 %或更多，包括约70 %到约90 % ，优选约75 %到约85 % 。该含银量高于常 规方法生产的量。含银量可以使用任何合适的方法分析。例如，银含量可以通过TGA分析 法或灰化法获得。 在实施方式中，稳定的银纳米微粒具有低极性表面，尤其是使用长链羧酸和长链 有机胺稳定剂稳定的银纳米微粒。极性指的是分子带弱正电荷的末端与同一分子或另一分 子的带负电荷末端之间的偶极_偶极分子间力。例如，H20是极性分子而CH4是非极性分子。 在实施方式中，稳定的银纳米微粒表面是由低极性烃基团组成。极性影响表面张力，且能通 过任何合适的方法检测出。例如，当稳定的银纳米微粒涂成一层薄膜，薄膜表面显示非常大 的前进水接触角，表示低的表面能和疏水性。 以前，银纳米微粒溶解或分散于甲苯或二甲苯中以形成油墨组合物用于印刷。然 而，银纳米微粒在这些溶剂中是不稳定的。例如，油墨组合物的储藏时间最长只有短短几 天，银纳米微粒将在油墨容器中沉淀出纯银。此外，当用于喷墨印刷时，固体_银纳米微粒积聚在印刷滴的边缘，在小滴的中央形成非常薄的一层，即，发生大的咖啡环效应。而且，由 于大的线宽，打印线的分辨率非常低。常常可以见到印刷小滴喷不出来。 在本专利技术中，银纳米微粒溶解或分散于烃溶剂和醇共溶剂的混合物中。这种配方 提供了提高的油墨稳定性和均一的印刷特征而无咖啡环效应。可以实现低至60微米的线 宽。此外，该油墨配方可以喷在许多种具有不同的表面能底材表面上以形成印刷特征。换 句话说，该油墨组合物独立于底材表面能使用。 在实施方式中，烃溶剂是一种脂肪族烃，其包括饱和的烃(烷类)、不饱和的烃 (烯烃和炔烃)和环烷烃。通常，烃溶剂含有5到约20个碳原子。在特定的实施方式中， 烃溶剂是烷烃溶剂。示范的烷烃溶剂包括戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二 烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、上述烷的异构体及其混合。不饱和烃包括，例 如，十二碳烯、十四碳烯、十六碳烯、十七碳烯、十八碳烯、松油烯等等。商业的烃溶剂还包括异石蜡族溶剂，商业上以ISOPAR⑧为名进行销售，例如ISOPAR⑧C、ISOPAR⑧ E、 ISOPAR G、 ISOPAR H、 ISOPAR K、 ISOPAR L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油墨组合物，其包含：　　银纳米微粒；　　烃溶剂；　　和醇共溶剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴义良，刘萍，胡南星，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]